JP7662003B2

JP7662003B2 - 制御装置

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Publication number: JP7662003B2
Application number: JP2023145196A
Authority: JP
Inventors: 景太荒戸
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2023-09-07
Filing date: 2023-09-07
Publication date: 2025-04-15
Anticipated expiration: 2043-09-07
Also published as: JP2025038532A

Description

本開示は、制御装置に関する。

従来から、エンジンの動力だけでなく、モータの動力で車両を走行および塵芥を圧縮するハイブリッド式の塵芥車が提案されている。一般的に、塵芥車の制御装置には、バッテリの充電状態（ＳＯＣ：ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ）に対する制御条件が予め設定され、その制御条件を満たすか否かに基づいてエンジンとモータの駆動が切り換えられる。

例えば、特許文献１には、バッテリの充電率が下限値よりも小さい場合にエンジンを始動する電動作業車両が開示されている。

特開２０１８－２０６３９号公報

しかしながら、制御条件に基づいて駆動を制御すると、エンジンとモータを効率的に駆動できないおそれがある。例えば、回生充電中にバッテリの充電状態が上限値に達すると、制御装置は、その回生充電を停止して、その後の回生エネルギーを破棄する場合がある。

本開示は、エンジンとモータを効率的に駆動させる制御装置を提供することを目的とする。

本開示に係る制御装置は、塵芥車が塵芥を収集する経路を示す経路情報、および前記経路に沿って前記塵芥車が各収集場所で収集するそれぞれの塵芥量を示す塵芥量情報を取得する取得部と、前記経路情報および前記塵芥量情報に基づいて、各収集場所での塵芥の収集に必要な充電量を確保するように前記塵芥車に搭載されたエンジンおよびモータの駆動を制御する制御部と、を備えるものである。

本開示によれば、エンジンとモータを効率的に駆動させることが可能となる。

図１は、本開示の一実施形態に係る制御装置を備えた塵芥車の構成を示す図である。図２は、一実施形態の動作を示すフローチャートである。図３は、塵芥車が塵芥を収集する経路を示す図である。図４は、バッテリの充電量の推移を示す図である。

以下、本開示に係る実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１に、本開示の実施形態に係る制御装置を備えた塵芥車の構成を示す。この塵芥車は、ハイブリッド式であり、エンジン１と、クラッチ２と、モータ３と、トランスミッション４と、インバータ５と、バッテリ６と、動力取出部７と、塵芥収集部８と、制御装置９とを有する。

エンジン１は、燃料を燃焼して車両を走行するための駆動力を発生させるもので、その駆動力をトランスミッション４に接続された出力軸に出力する。エンジン１は、例えば、吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程の４つの行程を繰り返す、いわゆる４ストローク機関から構成される。エンジン１としては、例えば、ディーゼルエンジンなどが挙げられる。

クラッチ２は、エンジン１の出力軸とトランスミッション４の入力軸との間に配置され、出力軸と入力軸の断切を切り換える。

モータ３は、トランスミッション４を介してプロペラシャフトなどに接続され、バッテリ６からインバータ５を介して供給される電力により回転して、その駆動力をプロペラシャフトに出力する。また、モータ３は、車両の減速に応じて回生発電して、その電力をインバータ５を介してバッテリ６に供給する。モータ３は、例えば、モータジェネレータから構成されてもよい。

トランスミッション４は、エンジン１の出力軸から出力された回転速度を変速してプロペラシャフトなどに出力する。これにより、エンジン１の駆動力が車輪に伝達されることになる。

インバータ５は、モータ３とバッテリ６にそれぞれ電気的に接続され、バッテリ６から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ３に供給する。また、インバータ５は、モータ３で回生発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ６に供給する。

バッテリ６は、インバータ５を介してモータ３に接続され、蓄電した電力をモータ３に供給する。また、バッテリ６は、モータ３で回生発電された電力を充電する。バッテリ６は、例えば、リチウムイオンバッテリまたはニッケル水素バッテリなどから構成されてもよい。

動力取出部７は、トランスミッション４に接続され、エンジン１またはモータ３の駆動力をトランスミッション４から取り出して塵芥収集部８に伝達する。動力取出部７は、例えば、ＰＴＯ（ＰｏｗｅｒＴａｋｅＯｆｆ）などから構成されてもよい。

塵芥収集部８は、収容部１０と、収集板１１と、油圧ポンプ１２と、コントロールバルブ１３とを有する。

収容部１０は、塵芥Ｇを収容するもので、内部に収容室が形成されている。

収集板１１は、収容部１０において塵芥Ｇが投入される投入口近傍に回動可能に配置され、塵芥Ｇを圧縮して収容部１０内に押し込むように形成されている。

油圧ポンプ１２は、動力取出部７とコントロールバルブ１３との間に接続され、動力取出部７から取り出された動力により駆動して、コントロールバルブ１３に作動油を供給する。

コントロールバルブ１３は、油圧回路から構成され、油圧ポンプ１２から供給される作動油により作動して収集板１１を回動させる。

制御装置９は、エンジン１とモータ３の駆動を制御するもので、取得部１４と、制御部１５とを有する。

取得部１４は、塵芥Ｇを収集する経路情報と、収集先の塵芥量情報とを取得する。ここで、経路情報は、塵芥Ｇの収集において塵芥車が走行を予定する経路の情報（収集場所を巡る経路の情報）であり、例えば、交通情報（例えば渋滞情報、工事情報、事故情報）、道路情報（例えば信号機の位置情報、登り坂情報、降り坂情報）、または地図情報（例えば標高情報）などを含んでもよい。また、塵芥量情報は、収集場所において塵芥車が収集する塵芥の量を示す情報である。塵芥量情報は、例えば、収集量情報（例えば過去の収集量情報、収集場所に置かれた塵芥量情報）、収集場所の画像情報（例えば収集場所に設置されたカメラの画像情報）などを含んでもよい。取得部１４は、例えば、経路情報および塵芥量情報を収集する外部機関（例えばクラウドなど）から無線により経路情報および塵芥量情報を取得してもよい。また、取得部１４は、塵芥車に搭載されたセンサ（例えばカメラ）または情報機器（例えばナビゲーションシステム）などから経路情報および塵芥量情報を取得してもよい。

制御部１５は、経路情報および塵芥量情報に基づいて、塵芥車が収集経路の走行に要する走行駆動量と、収集経路の走行においてモータ３で生じる回生発電量と、収集場所における塵芥Ｇの収集に要する収集駆動量とを算出する。収集駆動量は、塵芥車が塵芥Ｇを処理するために必要とされるエネルギー量を示す。収集駆動量は、塵芥Ｇを処理するために用いられる油圧ポンプ１２の力を発生するために、トランスミッションで生み出す必要のある力である。塵芥Ｇの量が多いほど、収集駆動量は多く必要とされる。また、塵芥Ｇの種類によっても収集駆動量は変動する。走行駆動量および収集駆動量は、エネルギー消費量、燃料消費量、または電力消費量などで示してもよい。また、回生発電量は、電力量で示してもよい。

制御部１５は、例えばエンジン１およびインバータ５に電気的に接続されており、走行駆動量、回生発電量および収集駆動量に応じて推移するバッテリ６の充電量に基づいて、エンジン１の燃料消費量を最小化するようにエンジン１およびモータ３の駆動を制御する。ここで、バッテリ６の充電量は、例えば、充電状態（ＳＯＣ：ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ）などを示してもよい。

なお、制御装置９は、１つ以上のプロセッサで構成されてもよい。また、制御装置９の機能は、コンピュータプログラムを１つ以上のプロセッサにより実現させることもできる。例えば、コンピュータの読取装置が、制御装置９の機能を実現するためのプログラムを記録した記録媒体からそのプログラムを読み取り、記憶装置に記憶させる。そして、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）が、記憶装置に記憶されたプログラムをＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）にコピーし、そのプログラムに含まれる命令をＲＡＭから順次読み出して実行することにより、制御装置９の機能を実現することができる。

次に、本実施形態の動作について、図２のフローチャートを参照して説明する。

まず、図１に示すように、制御装置９の取得部１４が、ステップＳ１で、経路情報と塵芥量情報とを取得する。取得部１４は、例えば、塵芥Ｇの収集前に経路情報および塵芥量情報を取得してもよいし、塵芥Ｇの収集開始後に経路情報および塵芥量情報を取得してもよい。取得部１４は、経路情報および塵芥量情報を取得すると、その情報を制御部１５に出力する。

制御部１５は、経路情報および塵芥量情報を入力すると、その経路情報および塵芥量情報に基づいて、塵芥車に搭載されたエンジン１およびモータ３の駆動を制御する。例えば、制御部１５は、ステップＳ２で、経路情報および塵芥量情報に基づいて、走行駆動量と、回生発電量と、収集駆動量とを算出する。このとき、制御部１５は、走行駆動量、回生発電量、および収集駆動量の収集位置に応じた変化（収集経路および収集場所に応じた変化）を算出してもよい。例えば、制御部１５は、塵芥量情報に基づいて、経路情報に含まれる各収集場所で想定される塵芥Ｇの量を取得し、収集経路における塵芥車１６の総車重を特定してもよい。この場合、制御部１５は、特定された総車重および経路情報に基づいて、塵芥車１６の走行駆動量と、回生駆動量とを特定する。これにより、同じ経路であっても、塵芥Ｇの収集により変化する走行駆動量、回生駆動量をより高精度に特定することが可能となる。また、制御部１５は、塵芥量情報に示された各収集場所における塵芥Ｇの重さに応じて、各収集場所で想定される収集駆動量を特定する。制御部１５は、塵芥Ｇの重さが閾値Ｈｔｈよりも高い場合にそうでない場合よりも高い収集駆動量が必要とされると推定する。塵芥Ｇの重さに対して、上述の閾値Ｈｔｈが複数設けられ、ステップ状に、塵芥Ｇの重さと収集駆動量が対応付けられていてもよい。また、塵芥Ｇの重さの増加に応じて収集駆動量が増加する関数を用いて対応付けられていてもよい。さらに、制御部１５は、塵芥Ｇの種類によって、収集駆動量が異なるとしてもよい。例えば、塵芥Ｇに含まれる固いオブジェクトの割合が所定の割合より多い場合に、そうでない場合よりも、高い収集駆動量が必要とされるとしてもよい。また、塵芥Ｇとして収集される対象が、“紙ごみ”や“木片”などの種類に応じで収集駆動量を関連付けてもよい。さらに、制御部１５は、塵芥Ｇの重さや種類ではなく、塵芥Ｇの容積に基づいて、収集駆動量を特定してもよい。このとき、制御部１５は、塵芥Ｇの容積が閾値Ｖｔｈよりも高い場合にそうでない場合よりも高い収集駆動量が必要とされると推定する。制御部１５は、上述した塵芥の重さ、容積、および種類などのパラメータのうち、複数のパラメータを複合的に用いて、収集駆動量を特定することが可能である。

また、制御部１５は、図３に示すように、塵芥車１６の収集経路Ｒのうち、塵芥Ｇの収集場所Ｐ１までの経路Ｒ１が平坦な場合、経路情報に基づいて、経路Ｒ１における走行駆動量の変化（例えば収集位置に応じた変化、経時的な変化）を算出してもよい。また、制御部１５は、収集場所Ｐ１と収集場所Ｐ２の塵芥量情報に基づいて、収集場所Ｐ１における収集駆動量の変化（例えば収集量に応じた変化、経時的な変化）と収集場所Ｐ２における収集駆動量の変化をそれぞれ算出してもよい。また、制御部１５は、収集場所Ｐ１から収集場所Ｐ２までの経路Ｒ２が降り坂の場合、経路情報に基づいて、経路Ｒ２における回生発電量の変化（例えば収集位置に応じた変化、経時的な変化）を算出してもよい。また、制御部１５は、収集された塵芥Ｇの総量が増加するに応じて、塵芥車１６の走行に係る走行駆動量が増加するように、走行駆動量を算出することもできる。

続いて、制御部１５は、ステップＳ３で、走行駆動量、回生発電量、および収集駆動量に応じて推移するバッテリ６の充電量に基づいて、エンジン１の燃料消費量を最小化するようにエンジン１およびモータ３の駆動配分を制御する。すなわち、制御部１５は、推移するバッテリ６の充電量に基づいて、バッテリ６からモータ３に供給される電力量が最大化するようにエンジン１およびモータ３の駆動配分を制御してもよい。

例えば、制御部１５は、図４に示すように、走行駆動量、回生発電量、および収集駆動量に基づいて、バッテリ６の充電状態の収集位置および収集量に応じた推移を算出してもよい。ここで、制御部１５には、バッテリ６の充電範囲、すなわち上限値Ｌ１と下限値Ｌ２が予め設定されているものとする。制御部１５は、バッテリ６の充電状態が所定の上限値Ｌ１または所定の下限値Ｌ２に達するタイミングに基づいて、エンジン１の燃料消費量を最小化するようにエンジン１およびモータ３の駆動配分を制御してもよい。

例えば、エンジン１およびモータ３を特定の駆動配分Ｄ１で制御すると、降り坂の経路Ｒ２の途中に位置するタイミングＴ１でバッテリ６の充電状態が上限値Ｌ１に達する場合を考える。この場合、制御部１５は、タイミングＴ１以降のモータ３による回生発電を停止するため、上限値Ｌ１の上側に示す面積に応じた回生エネルギーＥ１が破棄されることになる。そこで、制御部１５は、経路Ｒ２より手前の収集場所Ｐ１または経路Ｒ１などにおいて、駆動配分Ｄ１と比較して、モータ３の駆動量を高めるように駆動配分を算出してもよい。すなわち、制御部１５は、上限値Ｌ１に達するタイミングＴ１が駆動配分Ｄ１より遅くなる（経路Ｒ２と収集場所Ｐ２との境界点Ｔ３に近づく）ように駆動配分を算出してもよい。このとき、制御部１５は、経路Ｒ２と収集場所Ｐ２との境界点Ｔ３近傍で、バッテリ６の充電状態が上限値Ｌ１に最も近づくようにエンジン１およびモータ３の駆動配分Ｄ３を算出してもよい。すなわち、制御部１５は、バッテリ６の充電状態が上限値Ｌ１に達するように駆動配分を算出しなくてもよい。

また、エンジン１およびモータ３を特定の駆動配分Ｄ２で制御すると、収集場所Ｐ１で塵芥Ｇを収集する途中のタイミングＴ２で所定の下限値Ｌ２に達する場合を考える。この場合、制御部１５は、タイミングＴ２以降においてモータ３からエンジン１に切り換えて塵芥Ｇを収集するため、下限値Ｌ２の下側に示す面積に応じたエンジン１の駆動エネルギーＥ２分の燃料が消費されることになる。そこで、制御部１５は、収集場所Ｐ１より手前の経路Ｒ１などにおいて、駆動配分Ｄ２と比較して、モータ３の駆動量を低めるまたはモータ３の回生発電量を高めるように駆動配分を算出してもよい。すなわち、制御部１５は、下限値Ｌ２に達するタイミングＴ２が駆動配分Ｄ２より遅くなる（収集場所Ｐ１と経路Ｒ２との境界点Ｔ４に近づく）ように駆動配分を算出してもよい。このとき、制御部１５は、収集場所Ｐ１と経路Ｒ２との境界点Ｔ４近傍で、バッテリ６の充電状態が下限値Ｌ２に最も近づくように駆動配分Ｄ３を算出してもよい。

また、制御部１５は、バッテリ６の充電量が所定の上限値Ｌ１または所定の下限値Ｌ２に達する時間の長さに基づいて、エンジン１の燃料消費量を最小化するようにエンジン１およびモータ３の駆動配分を制御してもよい。例えば、バッテリ６の充電状態が経路Ｒ２のタイミングＴ１で上限値Ｌ１に達する場合、制御部１５は、経路Ｒ２より手前の収集場所Ｐ１または経路Ｒ１などにおいて、駆動配分Ｄ１よりモータ３の駆動量を高めるように駆動配分を算出してもよい。すなわち、制御部１５は、上限値Ｌ１に達する時間の長さが駆動配分Ｄ１より短くなるように駆動配分を算出してもよい。例えば、制御部１５は、バッテリ６の充電状態が上限値Ｌ１に達する時間の長さが最小化するように駆動配分Ｄ３を算出してもよい。また、バッテリ６の充電状態が収集場所Ｐ１のタイミングＴ２で下限値Ｌ２に達する場合、制御部１５は、収集場所Ｐ１より手前の経路Ｒ１などにおいて、駆動配分Ｄ２よりモータ３の駆動量を低めるまたはモータ３の回生発電量を高めるように駆動配分を算出してもよい。すなわち、制御部１５は、下限値Ｌ２に達する時間の長さが駆動配分Ｄ２より短くなるように駆動配分を算出してもよい。例えば、制御部１５は、バッテリ６の充電状態が下限値Ｌ２に達する時間の長さが最小化するように駆動配分Ｄ３を算出してもよい。

このようにして、制御部１５は、収集場所Ｐ１およびＰ２と経路Ｒ１およびＲ２との境界点Ｔ３およびＴ４近傍で、バッテリ６の充電状態が上限値Ｌ１または下限値Ｌ２に最も近づき且つ上限値Ｌ１または下限値Ｌ２に達する時間の長さが最小化するようにエンジン１およびモータ３の駆動配分Ｄ３を算出しうる。

制御部１５は、エンジン１およびモータ３の駆動配分を算出すると、その駆動配分に従ってエンジン１およびモータ３の駆動を制御する。なお、制御部１５は、塵芥Ｇの収集前（出発前）に駆動配分を算出し、その駆動配分に基づいて、塵芥Ｇを収集する塵芥車１６の駆動を制御してもよい。また、制御部１５は、塵芥Ｇの収集開始後（走行中）に駆動配分を算出し、その駆動配分に基づいて、以降の収集における塵芥車１６の駆動を制御してもよい。また、制御部１５は、塵芥Ｇの収集前に算出された駆動配分を、収集開始後に取得される経路情報および塵芥量情報に基づいて順次更新してもよい。これにより、制御部１５は、更新された駆動配分に基づいて塵芥車１６の駆動を制御してもよい。

このように、制御部１５は、経路情報および塵芥量情報に基づいて、塵芥車１６に搭載されたエンジン１およびモータ３の駆動を制御する。これにより、制御装置９は、エンジン１とモータ３を効率的に駆動させることができる。
また、制御部１５は、経路情報および塵芥量情報に基づいて走行駆動量、回生発電量、および収集駆動量を算出し、その走行駆動量、回生発電量、および収集駆動量に応じて推移するバッテリ６の充電量に基づいて、エンジン１の燃料消費量を最小化するようにエンジン１およびモータ３の駆動を制御する。これにより、制御装置９は、エンジン１とモータ３をより効率的に駆動させることができる。

また、制御部１５は、バッテリ６からモータ３に供給される電力量が最大化するようにエンジン１およびモータ３の駆動を制御する。これにより、制御装置９は、エンジン１とモータ３をより効率的に駆動させることができる。

また、制御部１５は、バッテリ６の充電量が所定の上限値Ｌ１または所定の下限値Ｌ２に達するタイミングＴ１またはＴ２に基づいて、エンジン１の燃料消費量を最小化するようにエンジン１およびモータ３の駆動を制御する。これにより、制御装置９は、エンジン１とモータ３をより効率的に駆動させることができる。

また、制御部１５は、バッテリ６の充電量が所定の上限値Ｌ１または所定の下限値Ｌ２に達する時間の長さに基づいて、エンジン１の燃料消費量を最小化するようにエンジン１およびモータ３の駆動を制御する。これにより、制御装置９は、エンジン１とモータ３をより効率的に駆動させることができる。

本実施形態によれば、取得部１４が、塵芥車１６が塵芥Ｇを収集する経路を示す経路情報、および塵芥車１６が収集する塵芥量を示す塵芥量情報を取得する。続いて、制御部１５が、経路情報および塵芥量情報に基づいて、塵芥車１６に搭載されたエンジン１およびモータ３の駆動を制御する。これにより、制御装置９は、エンジン１とモータ３を効率的に駆動させることができる。

その他、上記の実施形態は、何れも本発明の実施をするにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。例えば、上記の実施形態で説明した各部の形状や個数などについての開示はあくまで例示であり、適宜変更して実施することができる。

本開示に係る制御装置は、塵芥車においてエンジンとモータの駆動を制御する装置に利用できる。

１エンジン
２クラッチ
３モータ
４トランスミッション
５インバータ
６バッテリ
７動力取出部
８塵芥収集部
９制御装置
１０収容部
１１収集板
１２油圧ポンプ
１３コントロールバルブ
１４取得部
１５制御部
１６塵芥車
Ｄ１～Ｄ３駆動配分
Ｅ１回生エネルギー
Ｅ２駆動エネルギー
Ｇ塵芥
Ｌ１上限値
Ｌ２下限値
Ｐ１，Ｐ２収集場所
Ｒ，Ｒ１，Ｒ２経路
Ｔ１，Ｔ２タイミング
Ｔ３，Ｔ４境界点

Claims

塵芥車が塵芥を収集する経路を示す経路情報、および前記経路に沿って前記塵芥車が各収集場所で収集するそれぞれの塵芥量を示す塵芥量情報を取得する取得部と、
前記経路情報および前記塵芥量情報に基づいて、各収集場所での塵芥の収集に必要な充電量を確保するように前記塵芥車に搭載されたエンジンおよびモータの駆動を制御する制御部と、を備える制御装置。
前記制御部は、前記経路情報および前記塵芥量情報に基づいて前記塵芥車の走行に要する走行駆動量と、前記モータで生じる回生発電量と、塵芥の収集に要する収集駆動量とを算出し、前記走行駆動量、前記回生発電量および前記収集駆動量に応じて推移するバッテリの充電量に基づいて、前記エンジンの燃料消費量を最小化するように前記エンジンおよび前記モータの駆動を制御する請求項１に記載の制御装置。
前記制御部は、前記バッテリから前記モータに供給される電力量が最大化するように前記エンジンおよび前記モータの駆動を制御する請求項２に記載の制御装置。
前記制御部は、前記バッテリの充電量が所定の上限値または所定の下限値に達するタイミングに基づいて、前記エンジンの燃料消費量を最小化するように前記エンジンおよび前記モータの駆動を制御する請求項２に記載の制御装置。
前記制御部は、前記バッテリの充電量が所定の上限値または所定の下限値に達する時間の長さに基づいて、前記エンジンの燃料消費量を最小化するように前記エンジンおよび前記モータの駆動を制御する請求項２に記載の制御装置。
前記塵芥量情報は、前記塵芥車が収集する塵芥の重さを示す情報であって、
前記制御部は、前記塵芥の重さが所定値より大きい場合に、そうでない場合よりも、大きい収集駆動量を特定し、前記特定された収集駆動量に基づいて、前記エンジンおよび前記モータの駆動を制御する請求項１に記載の制御装置。
前記塵芥量情報は、前記塵芥車が収集する塵芥の種類を示す情報であって、
前記制御部は、前記塵芥の種類が特定の種類である場合に、そうでない場合よりも、大きい収集駆動量を特定し、前記特定された収集駆動量に基づいて、前記エンジンおよび前記モータの駆動を制御する請求項１に記載の制御装置。
前記塵芥量情報は、前記塵芥車が収集する塵芥の容積を示す情報であって、
前記制御部は、前記塵芥の容積が所定値より大きい場合に、そうでない場合よりも、大きい収集駆動量を特定し、前記特定された収集駆動量に基づいて、前記エンジンおよび前記モータの駆動を制御する請求項１に記載の制御装置。